Volvo ha intrapreso un percorso di innovazione ingegneristica con la sua famiglia di motori Drive-E, unificando le proprie proposte di propulsori a benzina e diesel attorno a un'unità fondamentale a 4 cilindri da 2.0 litri. Questa scelta, basata su una concezione modulare, ha permesso una significativa condivisione di componenti tra le diverse unità, con un conseguente e notevole abbattimento dei costi finali. Nonostante siano stati progettati esclusivamente sul propulsore da 2.0 litri a quattro cilindri, i motori Drive-E sono comunque capaci di rispondere alle esigenze di una vasta e variegata clientela, offrendo un'ampia gamma di potenze e configurazioni.
Architettura e Componenti Fondamentali
La base comune per tutte le unità Drive-E è caratterizzata da un alesaggio di 82 mm e una corsa di 93.5 mm, dimensioni che definiscono le caratteristiche volumetriche di questi propulsori. Il basamento, elemento strutturale cruciale, è realizzato in alluminio fuso in sabbia, una tecnica che conferisce robustezza e leggerezza. La testata, responsabile della gestione delle valvole e della camera di combustione, è in alluminio fusa in conchiglia, una scelta che garantisce precisione e resistenza alle elevate temperature e pressioni. La coppa dell'olio, che raccoglie e contiene il lubrificante, è anch'essa in alluminio ma pressofusa, un processo che ottimizza la finitura superficiale e la resistenza.
Ottimizzazione Termica e Fluidodinamica
La "parte calda" del motore, dove avvengono i processi di combustione e scarico, è stata oggetto di attente modifiche per massimizzare l'efficienza e la durata. Intercapedini modificate garantiscono una maggiore portata del liquido di raffreddamento, assicurando un'efficace dissipazione del calore generato. La testata è stata ulteriormente modificata per offrire una maggiore resistenza alle elevate temperature e pressioni prodotte durante il funzionamento. Un impianto di scarico ridisegnato in prossimità del catalizzatore mira a prevenire dannose contropressioni, ottimizzando il flusso dei gas combusti. Parallelamente, un condotto di aspirazione modificato favorisce un migliore riempimento della camera di combustione, elemento cruciale per l'efficienza.
La "parte fredda" del motore, invece, ha beneficiato dell'adozione di nuovi e più piccoli cuscinetti di banco. Questa modifica è stata implementata per ridurre gli attriti interni e le perdite meccaniche, contribuendo a un miglioramento complessivo dell'efficienza energetica del propulsore.
Tecnologia di Iniezione e Combustione: i-ART e Dintorni
Sebbene l'attenzione sia rivolta ai propulsori diesel, è utile comprendere l'approccio generale di Volvo all'alimentazione e alla combustione. Nei propulsori a benzina, ad esempio, un sistema di alimentazione e combustione è caratterizzato da una candela e un iniettore montati centralmente con un layout di spruzzatura unico, che fornisce una miscela aria-carburante omogenea. L'iniezione diretta posizionata centralmente consente un avvio stratificato della carica e un migliore preriscaldamento dei catalizzatori, contribuendo al raggiungimento dello standard Euro 6 per le emissioni nocive. L'elevato effetto Scavenging e il consistente raffreddamento della carica offerto dall'iniezione diretta contribuiscono a migliorare la coppia ai bassi regimi.
I condotti e le valvole di aspirazione sono stati progettati per generare un elevato movimento rotatorio della carica in ingresso, favorendo la miscelazione di aria e carburante durante la corsa di aspirazione. Nella successiva corsa di compressione, questo movimento rotatorio viene compresso e trasformato in turbolenza, accelerando la velocità di combustione della carica.
L'iniezione diretta dei motori Volvo Drive-E, progettata dalla Denso, si avvale della tecnologia i-ART. Questa innovazione permette di monitorare e adattare l'iniezione di carburante per ogni combustione in ciascuno dei quattro cilindri. Ogni iniettore, infatti, monta nella parte superiore un piccolo computer che monitora la pressione di iniezione. Questo sistema sfrutta il ritorno di pressione di ciascun iniettore per assicurare che venga iniettata la quantità ideale di carburante durante ogni ciclo di combustione, garantendo precisione e ottimizzazione del consumo.
Focus sui Motori Diesel Drive-E: Potenza e Innovazione
Mentre l'articolo si concentra sui motori diesel da 110 CV, è importante contestualizzare le tecnologie impiegate osservando anche le varianti più potenti, poiché molte innovazioni sono condivise o derivano da esse. La variante diesel più performante, denominata D5, capace di ben 235 CV e 480 Nm, si avvale di una doppia sovralimentazione sequenziale. Questa è composta da due turbocompressori in serie prodotti dalla BorgWarner: uno più piccolo da 38 mm a geometria variabile e uno più grande da 53 mm a geometria fissa con valvola wastegate, che lavora a 160.000 rpm.
Lo stesso propulsore si affida a un'iniezione diretta a 2.500 bar che, grazie a una centralina dedicata per ogni iniettore, consente fino a ben 9 iniezioni per ogni fase di combustione, ottimizzando il processo e riducendo le emissioni.
La Tecnologia PowerPulse
Un aspetto ancora più significativo, spesso presente nelle configurazioni diesel più avanzate, è la tecnologia PowerPulse. Questo dispositivo è progettato per ridurre l'effetto del turbo-lag, massimizzando le accelerazioni da fermo e ai bassi regimi. Il funzionamento è ingegnoso: tramite un piccolo compressore elettrico, un serbatoio da 2 litri viene caricato in circa 40 secondi con aria pressurizzata a 12 bar. Questa aria compressa ad alta pressione viene iniettata direttamente nel collettore di scarico, azionando rapidamente la girante della turbina più piccola. Questo consente una risposta immediata del turbocompressore, eliminando i ritardi tipici dei sistemi sovralimentati tradizionali.
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Controllo delle Emissioni: Euro 6b senza AdBlue
Tutte le motorizzazioni diesel Volvo, per poter rispettare le più stringenti normative Euro 6b, si avvalgono di un complesso sistema di post-trattamento dei gas di scarico. Questo sistema fa affidamento su un filtro antiparticolato DPF e su una trappola LNT (Lean NOx Trap), riuscendo a fare a meno del tanto discusso additivo AdBlue. Questa scelta tecnologica mira a semplificare la manutenzione per il cliente e a ridurre la complessità del sistema.
La Trappola LNT (Lean NOx Trap)
La trappola LNT non è altro che un catalizzatore ad accumulo di NOx che opera in maniera discontinua nel trattamento degli ossidi di azoto. L'idea fondamentale è quella di intrappolare gli ossidi di azoto formando un composto chimico all'interno del catalizzatore. Grazie alla sua struttura monolitica, gli ossidi di azoto vengono prima accumulati, poi ossidati e infine ridotti.
Nello specifico, l'NO presente nei gas di scarico viene prima ossidato in NO2 dall'azione catalitica del platino e poi accumulato come nitrato di metalli alcalini. Questa procedura continua fino a quando la capacità di accumulo della trappola si è talmente ridotta da compromettere l'efficienza generale di accumulo e conversione. A quel punto, si innesca la necessità di rigenerare il filtro LNT, che si è intasato. Per farlo, il funzionamento del motore viene spostato da una condizione di lambda > 1 (miscela magra), durante la quale gli NOx erano immagazzinati a formare i nitrati, a una condizione di lambda < 1 (miscela grassa). In questa fase, la miscela più ricca favorisce la riduzione dei nitrati accumulati, liberando la trappola e ripristinandone la capacità di accumulo.
Questo approccio avanzato al controllo delle emissioni dimostra l'impegno di Volvo nel raggiungere gli standard ambientali più elevati, offrendo al contempo soluzioni tecnologicamente sofisticate ma funzionali per il cliente. La continua ricerca e sviluppo nel settore dei propulsori diesel, anche in un contesto di crescente elettrificazione, sottolinea l'importanza che Volvo attribuisce all'ottimizzazione e all'innovazione dei motori a combustione interna per una gamma diversificata di esigenze e applicazioni.